1、第3节 细胞核的结构和功能概念认知自主学习一、细胞核的功能 1.分布:除了高等植物成熟的_和哺乳动物_等极少数细胞外,真 核细胞都有细胞核。筛管细胞 成熟的红细胞 2.细胞核的功能实验:(1)黑、白美西螈核移植实验:美西螈皮肤颜色是由_控制的。(2)蝾螈受精卵的横缢实验:实验结论:_。细胞核 蝾螈细胞的分裂、分化受细胞核控制(3)变形虫切割培养实验:实验结论:变形虫的分裂、生长、应激性等生命活动受_控制。细胞核(4)伞藻嫁接与核移植实验:实验过程:图1嫁接后,伞藻和伞藻帽的形状分别为_和_。图2核移植后,伞藻帽的形状为_。实验结论:伞藻帽的形状是由_控制的。菊花形 伞形 菊花形 细胞核 3.细
2、胞核功能总结:细胞核是_,是_的控制中心。【警示】细胞核是代谢控制中心,而不是代谢中心。遗传信息库 细胞代谢和遗传 二、细胞核的结构 1._:双层膜,把核内物质与细胞质分开。2.染色质:主要由_组成,_是遗传信息的载体。3.核仁:与某种RNA的合成以及_的形成有关。4.核孔:实现核质之间频繁的物质交换和_。【点拨】核膜也属于生物膜,基本支架是磷脂双分子层。核膜 DNA和蛋白质 DNA 核糖体 信息交流【质疑批判】某同学学习细胞核后,总结出以下结论:凡是无核的真核细胞,都不能完成任何生命活动。细胞核是储存遗传信息和细胞代谢的主要场所。细胞核功能的实现与细胞核中的染色质密切相关。染色质和染色体是存
3、在于细胞核中的两种不同物质。利用坐标图或数学公式描述生物学现象的模型属于数学模型。你的判断:正确的结论有_ 【思维激活】将草履虫的细胞核取出,在适宜条件下培养一段时间后,细胞核死亡,而去核草履虫仍能存活一段时间,试分析原因。提示:细胞质为细胞核提供营养和能量,离开细胞质,细胞核不能单独存活。细胞核控制细胞的代谢,没有细胞核,细胞质内已合成的蛋白质只能在一段时间内发挥作用。【教材开发】教材P55 伞藻核移植实验拓展:问题:伞藻核移植实验是对伞藻嫁接实验的补充,请分析该实验排除了伞藻嫁接实验中什么因素对实验结果的干扰?提示:排除了假根中其他物质对实验结果的影响,进一步验证了细胞核的功能。能力形成合
4、作探究学习任务一:探究细胞核功能的实验【情境探究】下图是探索细胞核功能的实验总结,请据图探究:【探究活动】(科学探究实验设计与实验原则)1.黑、白美西螈核移植实验(教材第54页资料1)中缺乏对照实验,可增加“将白 色美西螈胚胎细胞的细胞核移植到黑色美西螈的去核卵细胞中”的对比实验,以增强结论的说服力(如图)。2.变形虫切割培养实验和蝾螈受精卵的横缢实验既有相互对照,又有自身前后 对照(如图)。探讨:伞藻是一种单细胞生物,由“帽”、柄和假根三部分构成,细胞核在基部。科学家用伞形帽和菊花形帽做了嫁接实验,通过该实验能否说明伞藻的形态结构特点取决于细胞核?为什么?提示:不能说明,因为假根中既有细胞核
5、又有细胞质,不能说明伞藻的形态结构特点取决于细胞核。3.细胞核与细胞质的关系:存活时间 原因分析 单独的 细胞核 很快死亡 缺乏细胞质提供的营养和能量 单独的 细胞质 存活一段时 间后死亡 细胞质中由细胞核控制合成的物质在一段时间内仍可发挥作用 细胞核+细胞质 正常生活 细胞核与细胞质是相互依存的统一整体【易错陷阱】(1)没有细胞核的真核细胞,既不能生长也不能分裂,如哺乳动物成熟的红细胞,人工去核的细胞一般不能存活太久。(2)原核生物的拟核是遗传物质储存的主要场所,是细胞代谢和遗传的控制中心。(3)蝾螈受精卵横缢实验和变形虫切割实验还能够说明细胞只有保持完整性,才能完成正常的生命活动。【素养案
6、例】伞藻是海生的单细胞真核藻类,可分为“帽”、“柄”、“足”三部分。伞 藻的帽有不同的形态,如图是伞藻嫁接实验示意图,下列叙述正确的是 ()A.两种伞藻的“帽”形态不同的根本原因是所含的酶不同 B.伞藻的核是细胞代谢的主要场所,是细胞生命活动所必需的结构 C.由实验可知,新长出的“帽”的形状与“足”中的细胞核有关 D.由实验可知,DNA和蛋白质共同控制伞藻的性状【思维流程】【解析】选C。两种伞藻的“帽”不同是因为其所含的基因不同,A错误;伞藻中的核是细胞遗传和代谢的控制中心,但不是代谢活动的场所,B错误;由实验可知,新长出的“帽”的形状与“足”的种类有关而与“柄”无关,C正确;蛋白质不能决定性
7、状,D错误。【素养迁移】(1)伞藻嫁接实验第一长出的“帽”往往有双亲共同的特征,原因是什么?提示:除了细胞核决定性状外,“柄”中的细胞质含有RNA也可以影响一些性状。(2)题干中两组实验的关系是什么?提示:对照实验。【题后反思】核酸和蛋白质与生物性状的关系(1)核酸储存遗传信息,控制生物性状;(2)蛋白质是生命活动的主要承担者,直接影响生物性状。【典题加练】1.下图表示的是在适宜而且是相同环境中做的两个实验:第一个是用玻璃针 将一变形虫作一分为二的切割实验;第二个是将另一变形虫作核、质分离实 验。根据这两个实验现象可以得出的正确结论是 ()A.DNA是变形虫的遗传物质 B.完整的细胞是变形虫的
8、生命单位 C.细胞核是变形虫的生命活动的代谢中心 D.细胞核是变形虫的遗传物质的储存场所【解析】选B。题图中做的切割实验,说明只有细胞质存在时,变形虫死亡;核、质分离实验,说明只有细胞核或只有细胞质存在时,变形虫均死亡。两个实验都体现了完整的细胞是变形虫的生命单位,B正确。2.(2021深圳高一检测)科学家通过下列实验(如图)进行探究:用头发将蝾 螈的受精卵横缢为有核和无核的两半,中间只是很少的细胞质相连,结果无核 的一半(a)停止分裂,有核的一半(b)能继续分裂;b部分分裂到1632个细胞 时,将一个细胞核挤入到不能分裂的a部分,结果a部分开始分裂、分化,进而发 育成胚胎。下列叙述中,不正确
9、的是 ()A.实验结果可以说明细胞核与细胞的分裂、分化有关 B.实验中,b部分细胞属于对照组,a部分属于实验组 C.实验中,a部分的操作与实验中形成对照 D.实验说明细胞的寿命与细胞核有关【解析】选D。分析题干可知,具有细胞核的部分可以进行分裂、分化,说明细胞核与细胞的分裂、分化有关,A正确;实验中,b是对照组,a是实验组,二者形成对照实验,B正确;实验中,a部分植入核,与实验中的无核形成对照,C正确;整个实验内容并没有涉及细胞的寿命,D错误。学习任务二:细胞核的结构和功能【情境探究】如图为细胞核结构示意图,据图探究:【探究活动】(科学思维模型与建模)1.核膜:(1)主要化学组成:磷脂分子和蛋
10、白质分子。(2)结构:核膜是双层膜结构,外膜上附着许多核糖体,常与内质网膜相连,核膜 不是完全连续的,其上有核孔。(3)功能。起屏障作用,把核内物质(主要是DNA)与细胞质分隔开。控制细胞核与细胞质之间的信息交流与物质交换。小分子、离子等物质主 要通过核膜进出,大分子物质主要通过核孔进出。化学反应的场所之一,核膜上有酶附着,利于多种化学反应的进行。2.核仁的功能:(1)核仁与某种RNA的合成以及核糖体的形成有关。(2)蛋白质合成旺盛的细胞中,核仁较大。3.染色质和染色体:(1)染色质和染色体的比较:染色质 染色体 不同 点 存在时期 分裂结束时 分裂时 形态 极细的 丝状物 光学显微镜下能看到
11、 呈圆柱状或杆状 相同 点 成分 主要是DNA和蛋白质 特性 易被碱性染料染成深色 功能 遗传物质的主要载体(2)染色体和染色质的关系。同一物质在细胞不同时期的两种存在状态,两者的转化关系为:探讨:在人和动物体中,代谢旺盛的细胞,往往核孔数量多,核仁较大,试从结构 与功能相适应的角度分析原因。提示:核孔是核质之间物质交换的通道,核仁与核糖体的形成有关,核糖体是蛋 白质合成的场所,代谢越旺盛的细胞,蛋白质的合成和核质之间的物质交换越 频繁。所以代谢旺盛的细胞,往往核孔数量多,核仁较大。【易错陷阱】(1)具有核膜、核仁、染色质(体)等结构是真核细胞的特征,也是与原核细胞的最主要区别。(2)在细胞周
12、期中,核膜、核仁是一个高度动态化的结构,在细胞有丝分裂期间表现出周期性地消失与重建。【知识拓展】用“统一性观点”理解细胞的结构与功能(1)肾小管、心肌、肝脏细胞代谢旺盛线粒体含量多。(2)肠腺、胰腺等腺体细胞分泌活动旺盛核糖体、内质网、高尔基体多。(3)核膜上的核孔数目多RNA、蛋白质等物质运输快蛋白质合成旺盛细胞代谢快。【素养案例】(2021泰安高一检测)如图为细胞核及其周围部分结构示意图。下列说法错误的是()A.图中和的连通,使细胞质和核内物质的联系更为紧密 B.图中为核孔,便于染色质等大分子物质自由通过 C.若该细胞核内的被破坏,则蛋白质的合成将受影响 D.细胞内储存、传递遗传信息的物质
13、主要位于上【思维流程】【解析】选B。图中是内质网,是细胞核的核孔,是染色质,是核仁、是核膜。内质网与核膜相连,使细胞质和核内物质的联系更为紧密,A正确;核膜上有核孔,便于生物大分子进出细胞核,但核孔具有选择性,如染色质不能通过核孔,B错误;核仁和核糖体的形成有关,核糖体是形成蛋白质的场所,若该细胞核内的核仁被破坏,该细胞蛋白质的合成将不能正常进行,C正确;细胞内储存、传递遗传信息的物质是DNA分子,在细胞核中DNA和蛋白质结合形成染色体,D正确。【题后反思】(1)核孔是由多种蛋白质构成的复杂结构,对进出核孔的物质具有严格的调控作用,表现出明显的选择性。(2)核仁不是遗传物质的储存场所,细胞核中
14、的遗传物质分布主要在染色质上。(3)一些大分子物质是可以通过核孔进出细胞核的,所以该过程穿过膜的层数为零。【典题加练】1.(2021沧州高一检测)如图表示真核细胞的细胞核结构及部分细胞器,下 列说法正确的是()A.具有选择透过性,而具有全透性 B.中含有仅由DNA和蛋白质两种物质构成的染色质 C.是产生蛋白质和核糖体的场所 D.生长激素是一种分泌蛋白,其形成离不开和【解析】选D。核孔对物质运输有选择性,如RNA可以通过,DNA不能通过,A错误;染色质主要由蛋白质和DNA组成,还含有少量的RNA,B错误;核仁与某种RNA(rRNA)的合成以及核糖体的形成有关,但不能产生蛋白质,C错误;生长激素属
15、于分泌蛋白,分泌蛋白的合成在核糖体,加工在内质网和高尔基体,D正确。2.(2021沧州高一检测)核孔由一个核心“脚手架”组成,其所具有的选择性的输送机制是由大量贴在该脚手架内面的蛋白决定的。下列相关叙述正确的是()A.细胞核内外物质的交换只能通过核孔来完成 B.核孔数量不变,其与核膜内外的信息交流有关 C.根据核孔的运输特点可推知核孔具有选择透过性 D.信使RNA和蛋白质可通过核孔自由进出细胞核【解析】选C。核膜属于生物膜的范畴,小分子可以通过核膜运输,大分子物质可以通过核孔运输,A项错误;核孔的数目多少可反映出细胞核与细胞质之间物质交换和信息交流的频繁程度,可见,核孔数目是可变的,B项错误;
16、根据题干信息“核孔具有的选择性的输送机制是由大量贴在该脚手架内面的蛋白决定的”可推知核孔具有选择透过性,C项正确;核孔对物质的进出,尤其是大分子物质,有严格的方向控制,D项错误。学情诊断课堂测评1.(水平1概念检测)细胞核能够控制细胞的代谢和遗传,是与细胞结构分不开的。下列叙述正确的是_。核仁与中心体的形成有关 核孔的数量与细胞代谢呈正相关 染色质中有细胞生命活动的“蓝图”原核细胞不存在控制细胞代谢的结构 染色质与染色体之间的转换对于生命活动没有意义 细胞失去细胞核之后,会立即停止生命活动【解析】选。核仁与核糖体的形成有关,与中心体的形成无关,错误。细胞代谢旺盛,核质之间的物质交换与信息交流频
17、繁,需要更多核孔,正确。染色质含有DNA,DNA中的遗传信息就是细胞生命活动的“蓝图”,正确。原核细胞虽然没有核膜,但有拟核,该区域有一个大型的环状的裸露的DNA分子,原核细胞就是通过它来控制细胞代谢的,错误。染色质与染色体之间的转换对于生命活动是有积极意义的,错误。细胞失去细胞核后,因为承担生命活动的物质还在,还能进行短暂的生命活动,错误。2.(水平1)如图为科学家进行的蝾螈受精卵横缢实验。你认为该图最能说明 ()A.细胞质控制着细胞的代谢 B.细胞核与细胞的分裂、分化有关 C.细胞质是细胞遗传的控制中心 D.细胞核是细胞遗传的控制中心【解析】选B。由图中信息可知,受精卵分裂过程中,只有含细
18、胞核的细胞才能 正常分裂、分化,发育成胚胎,说明细胞核与细胞的分裂、分化有关,B正确。3.(水平2教材改编题)细胞核的结构与功能有密切的联系,下列关于细胞核的叙述,正确的是()A.细胞核功能的实现与细胞核中的染色质密切相关 B.核膜是实现核质之间大分子物质交流的通道 C.光学显微镜下可以观察到核膜和核仁 D.控制细胞器进行物质合成、能量转化等的指令,主要通过核膜从细胞核送到细胞质【解析】选A。细胞核中的染色质由DNA和蛋白质组成,DNA是细胞的遗传物质,所以细胞核的功能实现与染色质有关,A正确;核孔是实现核质之间的大分子物质交流的通道,B、D错误;在光学显微镜下观察不到核膜和核仁,C错误。4.
19、(水平1、2)如图为真核细胞的部分结构示意图,请据图分析回答下列问题。(1)细胞核是由 _、_和 _等结构构成 的。(2)细胞中大分子物质进出细胞核的通道是 _。(3)核膜由_层膜构成,其_层膜与 _膜相连,从而加 强了细胞内_系统在生命活动过程中的联系。【解析】(1)细胞核是由染色质、核仁和核膜等结构构成的。(2)核孔是细胞中大分子物质进出细胞核的通道,具有选择性。(3)核膜是双层膜结构,其外层膜与内质网膜相连,从而加强了细胞内生物膜系统在生命活动过程中的联系。答案:(1)核膜 核仁 染色质(2)核孔(3)两 外 内质网 生物膜【能力挑战题组】1.(2019 全 国 卷)下 列 与 真 核
20、生 物 细 胞 核 有 关 的 叙 述,错 误 的 是()A.细胞中的染色质存在于细胞核中 B.细胞核是遗传信息储存和合成蛋白质的场所 C.细胞核是细胞代谢和遗传的控制中心 D.细胞核内遗传物质的合成需要能量【解析】选B。细胞核是遗传信息库,是细胞代谢和遗传的控制中心,真核细胞中的染色质存在于细胞核中,A、C正确;真核细胞的蛋白质合成过程发生在细胞质中的核糖体上,B错误;细胞核内遗传物质DNA的生物合成需要消耗能量,D正确。2.(2021蚌埠高一检测)以动物受精卵为实验材料进行以下实验,有关叙述正 确的是()A.实验和实验说明了细胞核对维持细胞正常生命活动的重要性 B.实验和实验说明了细胞质对
21、维持细胞正常生命活动的重要性 C.实验说明了细胞核对细胞质的重要性,实验说明了细胞质对细胞核的重 要性 D.该实验结果可以说明细胞是最基本的生命系统【解析】选D。实验和实验说明了细胞质对维持细胞正常生命活动的重要性,A错误;实验和实验说明了细胞核对维持细胞正常生命活动的重要性,B错误;实验说明了细胞质对细胞核的重要性,实验说明了细胞核对细胞质的重要性,C错误;该实验可以证明细胞核和细胞质都不能单独成活,细胞只有保持结构完整性才能正常进行各项生命活动,细胞是最基本的生命系统,D正确。素养发展创新应用素材 特殊的爪蟾蝌蚪 20 世纪 50 年代,英国发育生物学家戈登利用非洲爪蟾做过一个划时代 的实
22、验:他先用紫外线照射爪蟾的卵细胞,破坏其细胞核,然后将另一只爪蟾蝌 蚪肠上皮细胞的细胞核植入其中。结果发现一部分卵细胞可以发育成蝌蚪,其 中有几只蝌蚪竟然继续发育成为成熟的爪蟾。探究(1)爪蟾蝌蚪的细胞核从肠上皮细胞取出后,很快失去活性,原因是_ _。失去细胞核的细胞质部分在一段时间后也会失活,原 因是_。(2)实验中,有几只蝌蚪最后发育成了成熟爪蟾。请预测其体色花纹是与提供卵 细胞还是与提供肠上皮细胞的爪蟾更相似,为什么?提示:与提供肠上皮细胞的爪蟾更相似。储存生物的遗传信息的DNA主要存在于 细胞核内。失去细胞质 提供的物质和能量供应 失去细胞核的遗传信息控制,细胞质中的酶失活后不能合成(
23、3)戈登的实验,尽管只有极少数重组细胞能发育到成体爪蟾,他的技术和方法却开辟了一个崭新的领域,是一项重大突破。为什么?提示:提供了一种生物繁殖的新途径,对生物繁育、濒危动物繁育有重要意义。【拓展阅读】生物能死而复活吗?由于人类过度捕杀和栖息地受到破坏,苏门答腊犀牛已成为极度濒危动物,全球仅存200余头,当美国加州圣迭戈动物园里的一头苏门答腊雌犀牛快要死于疝痛的时候,科学家正在它的身边守候着,虽然他们已无法把它从死亡线上拯救回来,但他们要确保它能留下自己的“根”。探究:(1)科学家保留的卵细胞中哪部分结构是该犀牛的“根”?提示:细胞核。(2)若要利用其保留下来的“根”来“复活”该犀牛,“复活”后的犀牛和原来的犀牛性状相同吗?为什么?提示:不完全相同。生物体的性状不只由细胞核控制,还与细胞质、环境等有关。
